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Marzo 2015
BOLETÍN MENSUAL PREPARADO POR WWW.MOTORTICO.COM, COSTA RICA
MARZO 2015
El Ciclo de Trabajo en Motores Eléctricos NEMA
L
as condiciones de funcionamiento de los motores tales como su puesta en marcha, la temperatura, el entorno operativo (ambiente), y el ciclo de
trabajo, son consideraciones vitales para la eficiencia y la confiabilidad del motor. Es absolutamente esencial que coincidan sus condiciones de
funcionamiento con las especificadas en el diseño, para así minimizar el estrés sobre los motores, obtener el rendimiento y la vida predeterminada.
Cuando el motor presenta una falla prematura, o mal funcionamiento, es probable que una de sus especificaciones fue superada por las condiciones
de operación. Una de éstas es el ciclo de trabajo. Antes de revisarlo, se analizan algunos temas importantes.
Equilibrio Térmico
Cuando el motor se enciende, es normal que presente un levantamiento de temperatura, producido por distintos factores, como son: la circulación de
corriente en los bobinados (efecto Joule), la fricción en los descansos (rodamientos o
cojinetes), y las pérdidas en los núcleos laminados. El calor, que es una forma de
energía, se manifiesta en forma de cambios en la temperatura del motor. Este calor
debe ser extraído por medio de algún método de enfriamiento, como el caso de los
motores cerrados con ventiladores (TEFC según NEMA o IP44 mínimo-IC 411 según
IEC), el que se muestra en la Fig. 1, donde un flujo de aire es direccionado sobre la
superficie, gracias al Cubre Ventilador+Ventilador. Las fuentes de calor se representan
con la letra H, y puede incluso tenerse fuentes del lado de la Carga, si por ejemplo, el
motor mueve una bomba para agua caliente.
Figura 1 Calentamiento y enfrimiento en un motor TEFC
La Fig. 2 presenta un gráfico típico de levantamiento de temperatura del motor, en función del tiempo, iniciando desde la temperatura ambiente.
Figura 2 Curva de calentamiento del motor eléctrico
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Según la norma IEC 60034, se define Equilibrio Térmico como el estado alcanzado cuando el aumento de la temperatura de la máquina no varía en
más de 2 K por hora (2 grados Kelvin por hora). El equilibrio térmico puede determinarse a partir de la pendiente del gráfico Temperatura Vrs Tiempo,
como el mostrado en la Fig. 2.
NOTA: En la definición anterior de IEC, se especifican los grados en escala Kelvin, o K. Estamos familiarizados con el uso de la escala en grados Celsius
(°C), o Fahrenheit (°F). En la escala Celsius se tienen referencias como el punto de ebullición del agua a 100.oo °C, o de congelamiento a 0.oo °C. La
temperatura en grados Celsius se simboliza con la letra "t" minúscula. Sin embargo, en la escala termodinámica de temperatura se usa los grados
Kelvin, o K, y es definida de manera que las diferencias de temperatura tengan el mismo valor que en la escala Celsius. Así, una diferencia de un grado
Celsius, ∆t=1 °C , se puede expresar como ∆T=1 K. Donde" T" mayúscula es la escala termodinámica, y a veces se llama temperatura absoluta.
El concepto de Equilibrio Térmico es necesario para definir el ciclo de trabajo del motor eléctrico, como sigue a continuación.
Ciclos de trabajo según estándar NEMA
El ciclo de trabajo se define como el perido de tiempo en que el motor puede operar de manera segura, también describe la
energización/desenergización, y las variaciones de carga, con respecto al tiempo para cualquier aplicación dada. Existen dos tipos de ciclo de trabajo:
Continuo (CONT como se indica en la placa); Intermitente (INT), expresado en minutos. En cualquier caso, el tiempo designado es aquel que
transcurrirá antes que el motor alcance el equilibrio térmico en su nivel más alto posible. A continuación se definen cada uno de los ciclos de trabajo:
•
Ciclo de funcionamiento CONTINUO: Para NEMA, un motor debería ser clasificado como de servicio continuo si se
puede operar a plena carga, o muy cercano a ésta, durante 60 minutos o más en cualquier período de 24 horas. Esto
es catalogado como un tiempo indefinidamente largo. Este tipo de ciclos se usan en cerca del 90% de las
aplicaciones. La potencia indicada en la placa es posible entregarla de manera continua en el tiempo.
La Fig. 3 muestra el comportamiento de un motor de ciclo Continuo, donde potencia constante a lo largo del
tiempo, y con esto se presenta el levantamiento de temperatura, llegando al equilibrio térmico.
Figura 3 Comportamiento típico del motor de ciclo Continnuo
•
Ciclo de funcionamiento de CORTO TIEMPO o INTERMITENTE: Si el motor funciona en periodos menores a 60 minutos, se puede administrar un
ciclo de trabajo intermitente, o una calificación de tiempo corto. En este caso la operación puede serva intervalos alternos. Cada intervalo debe ser
especificado claramente. Así los fabricantes entregan un motor más pequeño, dada su posibilidad de controlar el calentamiento. Precaución: un
motor de ciclo intermitente que opere de manera continua presentará un calentamiento excesivo, dañando su bobinado. El Código Eléctrico
define ciclo intermitente como operación por intervalos alternos de: (i) carga y sin carga; (ii) carga y descanso; o (iii) carga, sin carga, y descanso.
La característica de ciclo intermitente aparece en la placa, y se expresa en Minutos, que pueden ser 5, 10, 15, 30 o 60 minutos. Esto significa que el
motor puede operar por el tiempo indicado por cada hora, y el resto del tiempo debe apagarse, si llegar al equilibrio térmico. Estos motores son
seleccionados por los fabricantes de las máquinas donde operan, por ejemplo: Grúas, compresores, elevadores, otros, que por su forma de operar
nunca alcanza la temperatura de equilibrio térmico, y se le permite enfriar entre las operaciones. Gráficamente se puede ver los ciclos
intermitentes según las figuras siguientes, para distintas variaciones, incluyendo la Fig. 6 con una opción de carga y frenado.
o
Figura 4 Ciclo de trabajo intermitente
Figura 5 Ciclo de trabajo de corto tiempo
Ejemplos. Prensas, bombas
combustibles, perforadoras.
Ejemplos. Grúas,elevadores, algunas
aplicaciones domésticas.
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Figura 6 Ciclo de trabajo intermitente con
arranque y frenado
Ejemplos. Ciertos tipos de molinos, grúas,
y bandas transpotadoras.
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